大腸菌における低分子PC190723による分裂抑制機構のFtsZ依存性

FtsZ-Independent Mechanism of Division Inhibition by the Small Molecule PC190723 in Escherichia coli.

• Somya Khare
• Jen Hsin
• Nohemy A Sorto
• Gabriella M Nepomuceno
• Jared T Shaw
• Handuo Shi
• Kerwyn Casey Huang

抄録

細胞分裂は細胞増殖において重要なプロセスであるが、細菌の細胞分裂機構を標的とした抗生物質はほとんど同定されていない。最近の研究では、低分子抗生物質PC190723がいくつかのグラム陽性細菌の細胞分裂を阻害することが示されており、その作用機序は、実質的にすべての細菌種の細胞分裂に不可欠なチューブリンホモログFtsZを直接標的としたものであると仮定されている。ここでは、外膜透過性バリアが遺伝的または化学的に損なわれている場合、PC190723がグラム陰性菌である大腸菌の細胞分裂を阻害することを示した。その結果、黄色ブドウ球菌のPC190723耐性を付与するFtsZ変異は、大腸菌をPC190723から保護しないこと、また、外膜透過性を一般的に低下させない大腸菌のPC190723感受性の抑制因子は、FtsZや他の分裂タンパク質にマッピングされないことが示された。これらのサプレッサーは、広範囲の形態学的および成長表現型を示し、1つは、脂質恒常性の破壊された変異体のそれに類似した定常期における死の表現型を示す。最後に、相補的なFtsZ-msfGFP融合体を用いて、PC190723がZリング構造に影響を与えないことを示した。以上の結果から、PC190723はFtsZを標的とせずに大腸菌の増殖・分裂を抑制することが示唆された。本研究は、細菌種間で必ずしも保存されていない新規抗生物質の作用機序を解明するために、遺伝学的、化学的、単細胞的アプローチを組み合わせて利用することの重要性を浮き彫りにした。

While cell division is a critical process in cellular proliferation, very few antibiotics have been identified that target the bacterial cell-division machinery. Recent studies have shown that the small molecule PC190723 inhibits cell division in several Gram-positive bacteria, with a hypothesized mechanism of action involving direct targeting of the tubulin homolog FtsZ, which is essential for division in virtually all bacterial species. Here, it is shown that PC190723 also inhibits cell division in the Gram-negative bacterium Escherichia coli if the outer membrane permeability barrier is compromised genetically or chemically. The results show that the equivalent FtsZ mutations conferring PC190723 resistance in Staphylococcus aureus do not protect E. coli against PC190723, and that suppressors of PC190723 sensitivity in E. coli, which do not generically decrease outer membrane permeability, do not map to FtsZ or other division proteins. These suppressors display a wide range of morphological and growth phenotypes, and one exhibits a death phenotype in the stationary phase similar to that of a mutant with disrupted lipid homeostasis. Finally, a complementing FtsZ-msfGFP fusion is used to show that PC190723 does not affect the Z-ring structure. Taken together, the findings suggest that PC190723 inhibits growth and division in E. coli without targeting FtsZ. This study highlights the importance of utilizing a combination of genetic, chemical, and single-cell approaches to dissect the mechanisms of action of new antibiotics, which are not necessarily conserved across bacterial species.

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